表面張力（接触角・濡れ）

2026年10月6日

表面張力は、液体の表面が、できるだけ小さく縮もうとする力です。水滴が丸くなる、葉の上で水が玉になる、細い管を水がのぼる、といった身近な現象のもとになっています。ものづくりでは、接着・塗装・印刷・はんだ付け・洗浄・撥水など、液体を固体の面に「濡らす」「はじく」作業の多くにかかわります。このページでは、表面張力の意味と単位、代表的な値、濡れやすさを表す接触角、樹脂が濡れにくい理由、毛細管現象、界面活性剤のはたらき、ものづくりでの効き方、測り方を、できるだけやさしく説明します。

ひとことで言うと

表面張力とは

液体が表面積をできるだけ小さくしようとする力です。単位は N/m（ニュートン毎メートル）で、ふつうは mN/m（ミリニュートン毎メートル）で表します。水は 20℃で約 72.8mN/m です。

デジタル大辞泉（コトバンク）は、表面張力を、液体の表面積をできるだけ小さくしようとする力で、分子間の引力によって表面の分子が内部から引かれるために起こるもの、としています。

液体の表面の分子は内側へ引かれ、液体は表面積を小さくしようとして丸くなることを示した模式図 — 図1　表面の分子は内側に引かれ、液体は丸くなろうとする
出典：コトバンク、協和界面科学をもとに AI（Claude）で作成

液体の分子どうしは、たがいに引き合っています。協和界面科学の解説は、内部にある分子ではあらゆる方向に分子間力がはたらくとしています。内部の分子は四方から引かれてつり合いますが、表面の分子は外側（空気の側）に仲間がいないので、差し引きで内側へ引かれます。そのため液体は表面をなるべく小さくしようとし、宙に浮いた水滴は、同じ体積で表面積がいちばん小さい球の形になります（編集部の解説）。

出典：表面張力（デジタル大辞泉・世界大百科事典ほか）｜コトバンク、表面自由エネルギーとは｜協和界面科学

定義と単位：縁 1m あたりの力

コの字の針金に張ったせっけん膜で、表面張力を縁1mあたりの力F＝2γLとして示した図と、表面エネルギーとしての見方 — 図2　表面張力は「表面の縁 1m あたりの力」で表す
出典：コトバンク、協和界面科学、ウィキペディア日本語版をもとに AI（Claude）で作成

世界大百科事典（コトバンク）は、ふつう単位長さあたりの力をとって表面張力という、としています。コの字に曲げた針金に棒を渡してせっけん膜を張ると、膜は縮もうとして棒を引っぱります。膜には表と裏の2つの面があるので、長さ L の棒を引く力は F ＝ 2 × γ × L（γ：表面張力）です（編集部の解説）。

同じ量は、表面を 1m² 広げるのに要るエネルギー（表面自由エネルギー）としても表せます。協和界面科学は、表面自由エネルギーと表面張力は単位の形は違うが次元は同じで、1mJ/m² ＝ 1mN/mとしています。ウィキペディア日本語版も、表面張力を単位面積あたりの表面自由エネルギーとし、単位に mJ/m²・dyn/cm・mN/m を使うとしています。古い資料の dyn/cm（ダイン毎センチメートル）は、1dyn/cm ＝ 1mN/m で、数字はそのまま同じです。

出典：表面張力（デジタル大辞泉・世界大百科事典ほか）｜コトバンク、表面自由エネルギーとは｜協和界面科学、表面張力｜ウィキペディア日本語版

代表的な液体の値

水銀・水・グリセリン・オリーブ油・アセトン・エタノールの表面張力の棒グラフ — 図3　液体の表面張力の例（20℃）
出典：ウィキペディア日本語版、東京都鍍金工業組合をもとに AI（Claude）で作成

液体	表面張力（mN/m、20℃）	出典
水銀	476	ウィキペディア日本語版
水	72.75	ウィキペディア日本語版
グリセリン	63.4	東京都鍍金工業組合
オリーブ油	32.0	東京都鍍金工業組合
アセトン	23.30	ウィキペディア日本語版
エタノール	22.55	ウィキペディア日本語版

ウィキペディア日本語版の表（20℃）では、水は 72.75mN/m、エタノールは 22.55mN/m、アセトンは 23.30mN/m、水銀は 476mN/m です。東京都鍍金工業組合のデータ集（20℃）では、グリセリンは 63.4、オリーブ油は 32.0 です。水は、身近な液体の中では表面張力がとても大きい液体で、エタノールやアセトンの約3倍、オリーブ油の2倍強あります。液体の金属である水銀は 476mN/m で、水の約6.5倍にもなります（編集部の計算）。

値は、測る温度や液体の純度、資料によって少し違います（例：水の 20℃の値は、資料により 72.74〜72.8 程度。水銀も資料により 475〜485 程度）。

出典：表面張力｜ウィキペディア日本語版、めっき関係データ種々の物質の表面張力｜東京都鍍金工業組合

温度が上がると下がる

水の表面張力が0℃の75.65mN/mから100℃の58.91mN/mへ下がるグラフ — 図4　水の表面張力は、温度が上がると下がる
出典：吉村洋介をもとに AI（Claude）で作成

日本大百科全書（コトバンク）は、液体の温度が上がると分子の熱運動が盛んになって分子間距離が増え、分子間引力が小さくなって表面張力は低下するとしています。CRC Handbook の値をまとめた表（吉村洋介）では、水は 0.01℃で 75.65、20℃で 72.74、50℃で 67.94、100℃で 58.91mN/m です。0℃から100℃で約2割小さくなります（編集部の計算）。同じ表は、液体の表面張力は温度とともに下がり、臨界温度で0になるとしています。

出典：表面張力（デジタル大辞泉・世界大百科事典ほか）｜コトバンク、種々の液体の表面張力（CRC Handbook of Chemistry and Physics の値）｜吉村洋介

接触角：濡れやすさを角度で表す

接触角が小さい・90度・150度の液滴と、ヤングの式の3つの張力のつり合いの図 — 図5　接触角と、ヤングの式
出典：協和界面科学、名古屋市科学館、ウィキペディア日本語版をもとに AI（Claude）で作成

固体の面に液体を置いたとき、液滴の縁で、固体の面と液面（の接線）がなす角を接触角といいます（液の側で測ります）。協和界面科学は、θ が0°に近いほど濡れがよく、180°に近いほど濡れが悪いことを意味するとしています。例として、きれいなガラスに水は接触角5°以下、PTFE（フッ素樹脂）では100°から120°としています。

名古屋市科学館の展示解説は、明確な定義はないとしたうえで、だいたい接触角が90度より大きい場合を撥水性、40度より小さい場合を親水性とよび、一般に150度以上を超撥水とよぶとしています。ハスの葉の接触角は約160度で超撥水だとしています。ウィキペディア日本語版（濡れ）は、接触角が90°以下の状態を「ぬれる」と呼ぶとしていて、分け方は資料によって少し違います。

ヤングの式

γS ＝ γSL ＋ γL × cos θ

γS：固体の表面張力　γL：液体の表面張力　γSL：固体と液体の界面張力　θ：接触角

液滴の縁では、3つの張力が引き合ってつり合っています。この関係を表すのがヤングの式です（ウィキペディア日本語版「濡れ」、協和界面科学）。固体の表面張力 γS が大きいほど cos θ が大きく、つまり接触角が小さくなって濡れやすくなります（編集部の解説）。

出典：接触角（ぬれ性）とは｜協和界面科学、超はっ水と超親水（展示解説）｜名古屋市科学館、濡れ｜ウィキペディア日本語版

樹脂が濡れにくい理由：固体の表面張力

PTFE・ポリプロピレン・ポリエチレンなど樹脂の表面張力と、水・エタノールの表面張力を比べた棒グラフ — 図6　樹脂の表面張力と、液体の表面張力
出典：樹脂プラスチック材料環境協会、ウィキペディア日本語版をもとに AI（Claude）で作成

固体にも表面張力（表面自由エネルギー）があります。樹脂プラスチック材料環境協会の一覧表では、PTFE（テフロン）18、PP（ポリプロピレン）30、PE（ポリエチレン）31、PS（ポリスチレン）33、PVC（ポリ塩化ビニル）39、PMMA（アクリル樹脂）42、PET 43mN/m です。同協会は、表面張力が高いと、インクや接着剤などの液体が表面に広がりやすく、低いと広がりにくいとしています。

ウィキペディア日本語版（ジスマンの法則）は、液体の表面張力が、その固体の臨界表面張力 γC より小さいとき、接触角が0°になって液体は固体の上に広がるとしています。例として、テフロンの臨界表面張力を 19.3mN/m（19.3×10⁻³J/m²）とし、表面張力 20.3 の液体（ヘプタン）は広がらず、18.4 の液体（ヘキサン）は広がるとしています。水（72.75）はどの樹脂より表面張力がずっと大きいので、樹脂の上では広がりにくく、特に PTFE・PP・PE でははじかれやすくなります（編集部の解説）。

出典：樹脂プラスチックの表面張力について｜樹脂プラスチック材料環境協会、ジスマンの法則｜ウィキペディア日本語版

濡れにくい樹脂は、表面処理で濡れやすくする

河辺商会の解説は、表面自由エネルギーが低いポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系の素材は、何らかの表面処理を行わないと十分な付着力は得られないとしています。樹脂プラスチック材料環境協会は、コロナ放電処理でフィルムや包装材の接着性や印刷性を向上させるとしています。伊藤忠マシンテクノスは、大気圧プラズマ処理装置で PP フィルムに対して70ダイン程度の濡れ性向上の実績がある（70ダインは 70mN/m）としています。

フィルムの濡れやすさは、JIS K 6768（プラスチック－フィルム及びシート－ぬれ張力試験方法）で調べます。ぬれ張力試験用混合液のカタログは、22.6〜73.0mN/m の範囲で調製した36種類の混合液を使い、綿棒などで塗って段階的にぬれ張力を判定するとし、接触角の測定と違って湾曲した物にも使えるとしています。

出典：樹脂の表面自由エネルギー（極性／表面張力）と接着｜河辺商会、樹脂プラスチックの表面張力について｜樹脂プラスチック材料環境協会、大気圧プラズマ表面処理装置 Protean1｜伊藤忠マシンテクノス（イプロス）、ぬれ張力試験用混合液（カタログ）

毛細管現象：細いすき間を液体がのぼる

内径2mm・1mm・0.5mmのガラス管で水が約15・30・60mm上がる毛細管現象の計算例 — 図7　細い管ほど、水は高く上がる
出典：ウィキペディア日本語版をもとに編集部が計算し、AI（Claude）で作成

上がる高さ

h ＝ 2 × γ × cos θ ÷（ρ × g × r）

γ：表面張力［N/m］　θ：接触角　ρ：液体の密度［kg/m³］　g：重力加速度［m/s²］　r：管の半径［m］

ウィキペディア日本語版（毛細管現象）は、表面張力・壁面の濡れやすさ・液体の密度によって液体が上がる高さが決まるとし、この式を、20℃の水（γ ＝ 0.0728N/m）とガラス管の例で示しています。ここからは編集部が条件を変えた計算です。内径1mm（半径0.5mm）のガラス管で、水がよく濡れる（θ ≒ 0°。理想の値で、実際は管の汚れなどで少し低くなる）とすると、h ＝ 2 × 0.0728 ÷（998 × 9.81 × 0.0005）≒ 0.030m、つまり約30mm 上がります（編集部の計算）。半径が半分になると、上がる高さは2倍です。

同じウィキペディア（表面張力）は、この作用は液体が固体の面をよく濡らすほど、またすき間が狭いほど強いとしています。濡れない液体（θ が90°より大きい）では、逆に管の中の液面が下がります（編集部の解説）。ものづくりでは、はんだや接着剤が細いすき間に吸い込まれて広がるのも、液がすき間からにじみ出るのも、この現象です。

出典：毛細管現象｜ウィキペディア日本語版、表面張力｜ウィキペディア日本語版

界面活性剤で表面張力を下げる

界面活性剤の濃度とともに表面張力が下がり、臨界ミセル濃度で一定になる模式図 — 図8　界面活性剤の濃度と表面張力（模式図）
出典：協和界面科学、コトバンクをもとに AI（Claude）で作成

日本大百科全書（コトバンク）は、界面活性剤は通常1％の濃度で、水の表面張力 72mN/m を 30mN/m 以下にまで下げるとし、ミセル（界面活性剤の分子の集まり）ができたときの濃度を臨界ミセル濃度（CMC）とよぶとしています。協和界面科学は、溶液が CMC に達すると表面張力は低下しなくなり、以降はほぼ一定の値を示すとしています。

協和界面科学の洗浄液の管理の例は、界面活性剤はごく少量でも水の表面張力を大きく下げ、浸透力を高めるとともに、油分を包み込んで引き剥がす力があるとし、CMC を超えると表面張力は一定になって洗浄力も横ばいになるとしています。表面張力を測れば、洗浄液の中の界面活性剤の濃さを管理できる、という使い方です。

出典：界面活性剤（日本大百科全書）｜コトバンク、表面張力・界面張力とは｜協和界面科学、表面張力を活用した洗浄液の管理｜協和界面科学

ものづくりでどう効くか

接着・印刷、塗装、はんだ付け、洗浄、撥水・防汚、毛細管で表面張力と濡れが効く所の整理 — 図9　ものづくりで表面張力・濡れが効く所
出典：樹脂プラスチック材料環境協会、ロックペイント、ニッポー（イプロス）、協和界面科学、名古屋市科学館をもとに AI（Claude）で作成

接着・印刷：樹脂の面の表面張力が低いと、接着剤やインクが広がらず、くっつきにくくなります。コロナ処理・プラズマ処理で面の濡れやすさを上げてから接着・印刷します（上の「樹脂が濡れにくい理由」）。接着の選び方は技術「接着剤」も参照してください。
塗装：ロックペイントの技術資料は、脱脂や素地調整で取りきれなかったシリコン（シリコーン）・油分・ワックスなどの残りによる塗装のハジキ現象を挙げています。表面張力の低い汚れがあると、そこだけ塗料がはじかれて穴になります（編集部の解説）。協和界面科学は、塗料を塗りやすいか、均一に塗装できるかが接触角からわかるとしています。課題「塗装の仕上がり不良を減らしたい」も参照してください。
はんだ付け：ニッポーの解説は、フラックスが酸化膜などの表面の汚れを取り除き、溶けたはんだの表面張力を弱めて、はんだが母材の面になじんで広がるようにする（母材表面の濡れを促進する）としています。課題「はんだ付け不良を減らしたい」も参照してください。
洗浄：界面活性剤で水の表面張力を下げ、すき間や油汚れにしみこませます（上の「界面活性剤」）。課題「部品の洗浄不良を減らしたい」も参照してください。
撥水・防汚・防曇：接触角を大きくして水滴を転がり落とす（撥水・超撥水）か、小さくして水を薄い膜にして曇りを防ぐ（親水）かを選びます。名古屋市科学館は、ハスの葉は接触角約160度の超撥水としています。ウィキペディア日本語版（濡れ）は、もともと濡れにくいワックス成分の面が凹凸の構造で、さらに濡れにくい超撥水の面になっている（ロータス効果）としています。課題「撥水・防汚・防曇を持たせたい」も参照してください。

出典：ハイロックハジキ止め技術資料｜ロックペイント、接触角（ぬれ性）とは｜協和界面科学、フラックスとは？種類・役割・使い方｜ニッポー（イプロス）、表面張力を活用した洗浄液の管理｜協和界面科学、超はっ水と超親水（展示解説）｜名古屋市科学館、濡れ｜ウィキペディア日本語版

表面張力と接触角の測り方

プレート法・リング法・懸滴法・接触角の液滴法の模式図 — 図10　表面張力と接触角の測り方の例
出典：協和界面科学をもとに AI（Claude）で作成

プレート法（ウィルヘルミー法）：協和界面科学は、液面にふれた板（プレート）を液中に引き込もうとする力を測るとしています。
リング法（デュヌイ法、輪環法）：リングと液面の間にできる液体の膜が、リングを引き下げる力のピークの値を測ります（協和界面科学）。
懸滴法（ペンダントドロップ法）：針の先にぶら下げた液滴の形を画像で解析し、理論の曲線に合わせて表面張力・界面張力を求めます（協和界面科学）。
接触角（液滴法）：水平な固体の面に液を落とし、横から見て接触角を測ります。解析には一般に、液滴の半径 r と頂点の高さ h から求める θ/2 法が使われます（協和界面科学）。

ふだんの工程管理では、測定器のほか、上で紹介したぬれ張力試験用の混合液（JIS K 6768）や、インクの広がり方から見る簡便な方法も使われます。樹脂プラスチック材料環境協会は、インクの広がりから表面張力を推定するダイインク法を、主に印刷業界で使われる簡便な方法としています。

出典：表面張力・界面張力とは｜協和界面科学、接触角（ぬれ性）とは｜協和界面科学、樹脂プラスチックの表面張力について｜樹脂プラスチック材料環境協会